Mecanizado de titanio en el sector médico

Las piezas son complejas, con gran cantidad de operaciones realizadas sobre la pieza partiendo de barra. Las precisiones comprendidas entre 0,01 y 0,02 milímetros. Los aceites de corte son especiales para este tipo de materiales, con baja viscosidad y altamente aditivados. La correcta elección del aceite de corte incide directamente en la duración de las herramientas, el estado superficial de la pieza (rugosidad y caracterización).

Las herramientas de corte a utilizar son normalmente aquellas que poseen filos de corte muy agudos y están realizadas en metal duro micrograno. Existen recubrimientos específicos para aumentar la resistencia al desgaste de los filos, evitar la adhesión del material al mismo y aumentar la duración de la vida de las herramientas. Por su parte, la refrigeración del punto de corte es vital para la obtención de buenas superficies. Asimismo, presiones del orden de 20-60 bares son ideales para conseguir dos objetivos básicos: evitar adhesión del material en el filo de corte y eliminación de las virutas en el mismo momento en que son generadas.

Por otra parte, el titanio es un material con una gran tendencia a inflamarse, que arde muy rápidamente y genera una gran cantidad de calor. Por ello es muy importante la aportación de un refrigerante adecuado en el punto de contacto de la herramienta con el material y, de manera preventiva, es necesario prever un sistema anti-incendios. Éste, bien colocado y con las sondas adecuadas, reducirá en gran medida la propagación del incendio en la máquina.

El roscado de las piezas es una de las operaciones que suele ser de más dificultad si no se acomete con las herramientas adecuadas. En el exterior de la pieza se pueden utilizar técnicas como el roscado convencional a punta de cuchilla, roscado por laminación (en casos muy específicos), roscado por fresado, roscado por torbellino. Este último sistema es el que ofrece mejores garantías de calidad, mayor control del perfil final en cuanto a forma y dimensiones, mayor duración de la herramienta y menor tiempo de mecanizado.

Implementado por Tornos a principios de 1990, ha ido demostrando que piezas imposibles de realizar sin este sistema, son hoy en día perfectamente factibles y ofrecen un grado de dificultad normal. Resuelto técnicamente sin problemas por las empresas del sector, el torbellino se basa en un cabezal donde van montadas una serie de cuchillas o insertos que gira a gran velocidad.

Este cabezal se monta en el aparato de torbellinar y al conjunto se le da la inclinación de la rosca a generar. El torbellino se sitúa en el diámetro de núcleo de rosca y fuera de la pieza. A partir de este momento, para generar la rosca, a cada vuelta de la pieza el cabezal (o la pieza) se desplaza el paso de rosca a generar.

La rotación de la pieza se realiza mediante el eje rotativo C. Una vuelta de la pieza requiere 360º.

Así, por ejemplo, si se requiere hacer una rosca de paso de 2 milímetros y la distancia entre el punto de entrada del torbellino y el punto final de rosca es de 20 milímetros, será necesario:

• Nº vueltas=Longitud rosca/paso= 20/2= 10 vueltas.
• Nº grados = Nº vueltas x 360° = 3.600°

El tiempo de mecanizado de esta rosca dependerá directamente de la velocidad de rotación (vel. de corte) del cabezal de torbellinado y del avance en grados/minuto del eje rotativo C. Además, el aumento del número de cuchillas favorece el avance del eje C porque manteniendo el mismo avance por diente, aumentamos el número de dientes y por tanto el avance del eje rotativo C.

En lo que se refiere al roscado interior, la problemática es diferente. Las posibilidades de roscado son menores y además debemos tener en cuenta que los grandes problemas, aunque con solución, son las pequeñas roscas de gran profundidad.

El roscado con macho, aunque sigue evolucionando y empresas como DC Swiss aportan soluciones interesantes, es sólo aplicable a métricas superiores a 2-2,5 milímetros y en titanios superiores a grado 2.

Para las roscas inferiores y materiales menos aleados la alternativa válida es también el torbellino.

Las herramientas para el torbellino interior son muy pequeñas. Si pensamos, por ejemplo, en como una rosca de M1.8x0.35 con un diámetro de núcleo de 1,45 milímetros. En este agujero debe entrar una herramienta, de una o varias puntas, que girando sobre sí misma deben generar el perfil de rosca durante todo el trayecto de la misma. Realmente son micro herramientas increíbles.

En este tipo de roscas interiores el reto es eliminar la viruta, micro viruta, en el mismo momento en que se genera.

El roscado suele ser desde el interior de la rosca hacia el exterior de la pieza, con lo que la entrada de aceite de corte es muy difícil pero imprescindible. Si el lubricante no consigue entrar en cantidades suficientes se producirá una rosca de aspecto muy áspero y una pequeña duración de las herramientas. Pequeñas mejoras en el sistema de lubricación aportan grandes resultados en el aspecto final de la pieza y en la duración de las herramientas.

Las velocidades de rotación de la herramienta son del orden de 20.000 hasta 60.000 rpm y, en este aspecto, como en otros muchos, es imprescindible contar con el ‘know how’ de técnicos de mecanizado especializados y la meticulosa anotación de los resultados obtenidos tanto en las pruebas de mecanizado como en la producción de las series.

Por si no fuera desafío suficiente el roscado interior longitudinal, desde hace algún tiempo proliferan en implantología roscas de métricas aun inferiores, ej. M1.5, inclinadas. Este tipo de roscas se realizan también por torbellino, siendo necesario en estos casos que las máquinas, los tornos, ya que estamos hablando de que muchísimas piezas se producen a partir de barra, tengan los aparatos adecuados para soportar estos torbellinos inclinados y que además faciliten al operador la programación de este tipo de interpolaciones helicoidales, es por ejemplo el caso de la macro G960 de Tornos. Con 5-7 parámetros es capaz de realizar este tipo de roscados inclinados sin ninguna dificultad añadida para el técnico preparador.

En Tornos recibimos cada día piezas con perfiles más complejos, muchas llevan fresados imposibles hace muy poco, las tolerancias son realmente estrictas, además nuestros especialistas son muy consientes de que los estados superficiales y la ausencia de rebabas marcan la diferencia entre un buen producto y un producto excelente. No es suficiente con 4, 5 ó 6 ejes. Las piezas requieren desbastes, acabados, multitud de herramientas, ejes rotativos, etc. Por esta razón, Tornos además de este tipo de máquinas, pone a la disposición del mercado máquinas con 10 y 12 ejes.

Los lotes de producción son inferiores y ello obliga a la reducción de tiempos de preparación y puesta a punto de las máquinas para seguir siendo competitivos.

Añadir un eje más que facilite el fresado de un pilar angulado sin tener que cambiar el soporte o poder programar el ángulo de este pilar sin tener que desmontar la preparación es algo muy valioso. También el nuevo eje B en las máquinas que nos facilitan este trabajo.

Asimismo, la reducción de tiempos de preparación implica reducción de tiempos de paro de máquina. Las máquinas deben estar paradas el mínimo tiempo posible. La programación, puesta a punto del programa, chequeos de colisiones, control del perfil final se deben realizar mientras la máquina está en producción con la pieza anterior.

La puesta a punto final ya se puede hacer con la misma filosofía y directamente en máquina, sin pasar por ordenadores intermedios.

Tal y como hemos visto brevemente con algunos ejemplos (podríamos tratar otros muchos procesos y dificultades de las piezas propias del sector médico), el mecanizado de piezas de este sector implica siempre retos diferentes y novedosos que no son frecuentes en otro tipo de piezas. Por ello, quien desea iniciarse en el sector o estar a la vanguardia del mismo requiere máquinas de gran precisión, con portaherramientas y utillajes novedosos y nada convencionales, funciones macros adaptadas con ayudas a la programación y un fabricante con el conocimiento y la voluntad de servicio suficiente para asistirle en todas y cada una de las dificultades que el sector implica.